JP2017136943A - 車両用エネルギーマネジメント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走行中に給電可能な区間があっても目的地までの燃料消費量を最小にするハイブリッド車両やプラグインハイブリッド車両のためのエネルギーマネジメント装置を提供する。【解決手段】ハイブリッド車両の車速及び電池残量の情報を含む車両情報、区間に分けた目的地までの経路情報、及び路面給電設備から、電力受信器を介して受ける給電区間及び給電電力の情報である走行中給電情報に基づいて、目的地までの燃料消費量を最小にするように、目的地までの目標車速計画と、車両のパワートレインアクチュエータとしてのモータ、エンジン及びジェネレータの駆動要否計画とを立て、目標車速計画及び駆動要否計画に基づいて、パワートレインアクチュエータを制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、走行中に路面からの給電が可能なハイブリッド車両やプラグインハイブリッド車両（以下、両者を単に「ハイブリッド車両」と称することがある。）のエネルギーをマネジメントする車両用エネルギーマネジメント装置に関する。

このような車両用エネルギーマネジメント装置としては、車両が同じ速度、同じ時間で走行した場合に車両に対して給電される電力量が異なる給電用レーンを構成し、車両の電池残量が少ない車両には、給電電力量が多くなる給電用レーンへの走行や車速を指示する車両用共鳴型非接触給電システムが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５２１１１０３号

上記の特許文献１に開示された車両用共鳴型非接触給電システムでは、給電区間での渋滞回避を目的として車両の電池残量に応じて給電用レーンの指示や給電区間での車速を給電設備が指示するが、通行する車両の目的地までのエネルギー最適化を考慮したエンジンの駆動計画や車速、給電電力を指示していないため、目的地までの燃料消費量最小化が図れていなかった。

例えば、給電区間の先に下り勾配、信号、渋滞等の減速区間がある場合、給電区間の前でエンジンを駆動し電池残量を増加させたり、給電区間で電池容量の最大値まで給電させてしまうと、減速回生電力を回収することができず、無駄な燃料消費量、すなわち燃費が発生し、目的地までのエネルギーの最適化が図れないという課題がある。

また、給電区間の直後に目的地がある場合、車両の電池残量が少なくても目的地まで到着可能であるため、電池残量に応じて給電区間での車速が決められてしまうと、給電電力量が多くなるように車速が低く設定され、必要以上に給電が行われてしまう。そのため、目的地までの到着が遅くなるとともに走行中給電のコストが高くなるという課題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、目的地までの経路に給電区間があったとしても、目的地までの燃料消費量を最小にする車両用エネルギーマネジメント装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車両用エネルギーマネジメント装置は、走行中に路面からの給電が可能なハイブリッド車両に搭載され、前記車両のエネルギーをマネジメントする車両用エネルギーマネジメント装置であって、前記車両の車速及び電池残量の情報を含む車両情報を取得する車両情報取得部と、区間に分けた目的地までの経路情報を取得する経路情報取得部と、路面給電設備から、電力受信器を介して、給電区間及び給電電力の情報を含む走行中給電情報を取得する走行中給電情報取得部と、前記車両情報、前記経路情報、及び前記走行中給電情報に基づいて、前記目的地までの燃料消費量を最小にするように、前記目的地までの目標車速計画と、前記車両のパワートレインアクチュエータの駆動要否計画とを立てる最適計画演算部と、前記目標車速計画及び前記駆動要否計画に基づいて、前記パワートレインアクチュエータを制御する車両制御指示部とを備えている。

本発明に係る車両用エネルギーマネジメント装置によれば、ハイブリッド車両の車速及び電池残量の情報を含む車両情報、区間に分けた目的地までの経路情報、及び路面給電設備から、電力受信器を介して受ける給電区間及び給電電力の情報である走行中給電情報に基づいて、目的地までの燃料消費量を最小にするように、目的地までの目標車速計画と、車両のパワートレインアクチュエータの駆動要否計画とを立てて、パワートレインアクチュエータを制御するように構成したので、目的地までの経路中に給電区間があっても、これに左右されて不必要な給電をしてしまうというようなことが無く、目的地までの燃料消費量を最小にすることができる。

すなわち、従来例では、経路情報を取得せずに、現状の電池残量から充電ルートや充電量を決めているが、本発明では、目的地までの経路、道路勾配、道路種別などの経路情報も考慮して最適計画を立案している。

本発明の実施の形態１による車両用エネルギーマネジメント装置の構成を示すブロック図である。 図１に示した車両用エネルギーマネジメント装置における最適計画演算部で立案された目標車速計画、電動車両のパワートレイン中の各アクチュエータの駆動要否計画、及び給電区間での受電計画の一例を、従来例と対比して示す図である。 本発明に用いる遺伝的アルゴリズムを用いた最適化の処理の流れを示すブロック図である。 本発明に用いる遺伝的アルゴリズムを用いた最適化の手法を模式的に示したブロック図（その１）である。 本発明に用いる遺伝的アルゴリズムを用いた最適化の手法を模式的に示したブロック図（その２）である。 本発明に用いる遺伝的アルゴリズムを用いた最適化の手法を模式的に示したブロック図（その３）である。 本発明の実施の形態１による車両用エネルギーマネジメント装置の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態２による車両用エネルギーマネジメント装置の構成を示すブロック図である。 図８に示した車両用エネルギーマネジメント装置における最適計画演算部で立案された目標車速計画、電動車両のパワートレイン中の各アクチュエータの駆動要否計画、及び給電区間での受電計画の一例を、従来例と対比して示す図である。 本発明の実施の形態２による車両用エネルギーマネジメント装置の動作を説明するためのフローチャートである。

実施の形態１．
＜システム構成＞
図１に示す本発明の実施の形態１による車両用エネルギーマネジメント装置１は、車両の現在地、車速、図示されないバッテリ（２次電池）の充電状態（充電残量）等の車両情報を取得する車両情報取得部２と、出発地から目的地までの経路情報として、走行ルート、道路勾配、及び道路種別等の経路情報を取得する経路情報取得部３と、給電区間、給電電力、給電コスト等の走行中に給電可能な路面給電設備４の情報を取得する走行中給電情報取得部５とを備えている。

また、車両用エネルギーマネジメント装置１は、車両情報取得部２、経路情報取得部３、及び走行中給電情報取得部５の出力を受けて、目的地までの燃料消費量を最小にするような目標車速計画と、モータ８、エンジン９、及びジェネレータ１０等のパワートレインアクチュエータの駆動要否計画と、目的地までの経路中の給電区間で電力受信器１１が路面給電設備４から受電する受電計画を立案する最適計画演算部６と、現在地での目標車速となるように駆動要否計画に従って、モータ８、エンジン９、及びジェネレータ１０等のパワートレインアクチュエータに制御指示を与えるとともに前記の受電計画に従って電力受信器１１に受電制御指示を与える車両制御指示部７と、最適計画演算部６からの車両情報、ユーザＩＤ、充電量、及び車速計画等を路面給電設備４へ与える給電設備送信部１２とを備えている。

なお、本発明はオートクルーズを行うためのクルーズコントロール機能を備えたハイブリッド車両等の電動車両への適用を前提としており、最適計画演算部６で立案された目標車速計画及びパワートレインアクチュエータの駆動要否計画に基づいて車両制御指示部７からパワートレインアクチュエータに制御指示を与えることで、従来のＡＣＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｒｕｉｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）では十分に低減できなかった燃料消費量を、さらに低減できる。

ただし、本実施の形態１では、オートクルーズを行わない場合にも有効であり、最適計画演算部６で立案されたパワートレインアクチュエータの駆動要否計画に基づいて走行モードを選択する動作はクルーズコントロール機能を利用するが、最適計画演算部６で立案された目標車速計画を実現するには運転者に随時に車速を指示すれば良い。車速を指示するには、例えば、車載のカーナビゲーションシステムを使用して、音声や画像で指示することが可能である。もちろん、オートクルーズ区間に入って、運転者がオートクルーズを望む場合には、車速も自動的に設定すれば良い。

ここで、経路情報取得部３は、例えば、車載のカーナビゲーションシステムを使用することができ、カーナビゲーションシステムに搭載された、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等の衛星測位システムから位置情報を受ける、図示しない受信機（ＧＰＳセンサ）を介して現在地情報を取得し、内蔵する地図データから経路情報を検索しても良い。また、運転者又は同乗者が保持する携帯端末、ＰＤＡ、又はスマートフォンを車両用エネルギーマネジメント装置１に接続し、それらに組み込まれたナビゲーション機能（アプリケーション）を経路情報取得部３として使用しても良い。

また、経路情報取得部３は、車外サーバとの通信装置を有する構成とし、車両の現在地は車両情報取得部２から取得し、経路情報は通信装置を介してＶＩＣＳ（登録商標：ｖｅｈｉｃｌｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）センター等の車外のインフラサーバから取得する構成としても良い。もちろん、経路情報取得部３として独自のナビゲーションシステムを有し、内蔵する地図データから経路情報を取得する構成としても良い。

なお、経路情報としては、走行ルート、道路勾配、及び道路種別だけでなく、交差点、カーブ等の道路形状、信号機の状態、工事、事故、及び渋滞等の道路情報も取得するように構成しても良い。カーナビゲーションシステムには、これらの情報がリアルタイムで更新されるものもあるので、カーナビゲーションシステムを使用する場合には、この点で有利である。

車両情報取得部２は、バッテリの充電状態を取得するためのバッテリセンサを有し、バッテリの充電残量（電池残量）を直接計測する構成であっても良く、また、図示しない既設のバッテリマネジメントユニットから充電状態情報を取得する構成であっても良い。また、車両情報取得部２がＧＰＳセンサを有している場合は、ＧＰＳセンサを介して現在地を取得しても良いし、経路情報取得部３がＧＰＳセンサを有している場合は、経路情報取得部３から現在地情報を取得しても良い。

路面給電設備４は、走行中の車両に電力を供給する設備であり、路面に埋め込まれたコイルから車両に電力を供給する。車両に搭載された電力受信器１１もコイルで構成されており、路面のコイルの特定共鳴周波数で電力を受電する。

ここで、路面給電設備４及び電力受信器１１はコイルを用いた非接触システムとしているが、電界、磁界、及び熱等、エネルギーはどのようなものを媒介してもよい。熱でエネルギー授受を行う場合は、電力受信器１１は熱電変換器を備える。また、走行中にエネルギー授受ができるのであれば、ガードレールに接触させながら走行し、ガードレール経由で電力を授受する等、接触型のものでもよい。

走行中給電情報取得部５は、給電区間、給電電力、及び給電コスト等の走行中に給電可能な路面給電設備４の情報を取得する。

ここで、給電区間は、目的地までの経路中にある給電区間であり、経路情報取得部３から入手してもよく、走行中給電情報取得部５が全給電区間をデータベースとして保持し、経路情報取得部３から経路（走行ルート）を取得し、データベースと照らし合せて給電区間を特定するようにしてもよい。また、給電電力は、給電区間内で或る単位時間走行中に路面給電設備４が出力可能な電力であってもよく、路面給電設備４が出力可能な電力と電力受信器１１が受信可能な電力の小さい値とするようにしてもよい。給電コストは、或る単位電力量を路面給電設備４から受電したときの料金であり、路面給電設備４を含めたインフラ設備から取得してもよく、データベースとして走行中給電情報取得部５が内部に保持していてもよい。また、走行中給電情報取得部５は給電区間での車速制限範囲を取得するようにしてもよい。

最適計画演算部６が立案するパワートレインアクチュエータの駆動要否計画とは、目的地までの経路のうち、或る区間でモータ８、エンジン９、及びジェネレータ１０を駆動するか停止するかを決める計画である。これは、例えば、或る区間をＥＶモードで走行する場合は、エンジン９及びジェネレータ１０は停止させ、モータ８を駆動させて、走行エネルギーは全てモータ８で賄うのでバッテリの充電残量は減ることとなる。

また、或る区間をＨＥＶモードで走行する場合は、エンジン９及びジェネレータ１０を駆動させるとともにモータ８も駆動させ、モータ８で走行エネルギーを賄いつつ、エンジン９の出力を使ってジェネレータ１０で発電し、その電力をバッテリ（蓄電池）に充電することで、バッテリの充電残量が減らないようにすることができる。なお、図示しないトランスミッションやクラッチを有する車両では、クラッチの接続・開放、及びトランスミッションのギアの切り替えの計画もパワートレインアクチュエータの駆動要否計画に含めてもよい。
最適計画演算部６が立案する電力受信器１１の受電計画とは、給電区間での給電電力の計画であり、電力受信器１１は、受電制御指示に基づき、路面の給電設備４から電力を受ける。

ここで、最適計画演算部６は、受電計画を出力しない構成としてもよい。最適計画演算部６から受電計画が無い場合、電力受信器１１は、路面給電設備４及び電力受信器１１の最大定格のうち、少ない方に従って受電する。
このように最適計画演算部６が受電計画を出力しない構成とすることで、車両制御指示部７の演算・通信負荷を低減させることができる。

また、電力受信器１１は、路面から電力を受電するだけでなく、車両から路面へ電力を放電することができるように構成してもよい。電力受信器１１が放電まで対応することで、最適計画演算部６は、電力受信器１１を受電だけでなく、放電まで選択肢を広げて計画できるようになる。このため、給電区間の先に下り勾配等減速回生が可能な区間が続くような場合に、電力を路面へ渡すことで、減速回生の機会損失を低減させることができる。また、路面給電設備４から売電によるインセンティブが得られる場合、目的地までの移動料金を削減することができる。また、給電区間を含めた地域での電力利用の最適化を図ることができる。

ここで、最適計画演算部６は、自車両の出発時に最適計画を立案するだけでなく、出発してから目的地に到着するまでの間、随時に各種情報を取得し、必要に応じて最適計画を立案するように構成してもよい。

＜最適計画＞
次に、上記に触れた、最適計画演算部６で立案された目標車速計画、パワートレインアクチュエータの駆動要否計画、及び電力受信器１１の受電計画の一例について、図２を用いて具体的に説明する。

図２では、従来の走行中給電が可能なハイブリッド車両と、本実施の形態１による目的地までの最適計画（以下、単に「最適計画」と称することがある。）を立案するハイブリッド車両との比較表を示しており、出発地から目的地までを６区間に区分し、それぞれの区間での車速、電池残量、エンジン効率、及びパワートレインアクチュエータの駆動要否計画も示している。なお、細い実線が従来車両を示し、太い実線で本実施の形態１の最適計画車両を示している。

すなわち、この図２は、最適計画演算部６が、車両情報に含まれる車両の車速及び電池残量の情報、区間１〜６に分けた目的地までの経路情報、及び路面給電設備からの給電区間及び給電電力の情報に基づいて目的地までの燃料消費量を最小にするように立てた、区間１から区間６の目的地までの目標車速計画と、車両のパワートレインアクチュエータの駆動要否計画とを示す。また、これら目標車速計画及び駆動要否計画に加えて、電池残量が実質的にゼロになるように最適計画演算部６が立てた電力受信器が路面から給電を受ける受電電力の計画を示している。

図２において、まず、区間１では、最適計画及び従来例ともに電池残量に余裕があるため、ＥＶ走行する。電池残量に差異はない。

区間２では、道路種別に基づき高い車速が計画される。従来例では、電池残量に余裕があると判断してＥＶ走行を継続する。最適計画では、電池残量に余裕はあるが、高速走行に切り替えてエンジンの発電効率、すなわち燃費効率が良い車速で、ハイブリッドモードを選択し、電池残量を増加させる。この場合、最適計画での電池残量が増加する増加度（傾斜度）は、給電区間４が存在するところから、図示のように大きくはならない。

区間３では、従来例は、電池残量が無くなって来たため、ハイブリッドモードに切り替える。車速が低いため、エンジン効率が悪く、燃費も悪くなる。最適計画では、エンジン効率の良い区間２で発電できているため、エンジン効率の悪い区間３はＥＶモードで走行でき、目的地までの経路中に給電区間があっても目的地までの燃料消費量を最小にすることができる。

ここで、エンジン効率、すなわち燃料消費効率の動作点について説明する。
エンジンが発生できるエネルギー（エンジン出力）は、エンジン出力＝回転数×トルク、すなわちエンジン回転数とトルク（エンジン負荷）で決まる。一般的なエンジンでは、エンジン回転数が或る程度高く、エンジン負荷も或る程度高い動作点では燃料消費効率が良くなる。車速が低く、加速もしていない速度パターンの状態では、走行エネルギーが低いため、エンジン回転数及びエンジン負荷も低くなり、エンジン効率の悪い動作点（エンジン出力）ではエンジンを駆動することとなり、燃費が悪くなる。

区間４は、給電設備４が存在する給電区間である。従来例では、電池残量に基づいて走行車速や充電量が定められるため、低速走行となり、目的地到着に必要な電池残量よりも過大に給電される。これに対し、最適計画では、目的地までに必要な電池残量に基づいて、すなわち、この例では目的地で電池残量がほぼゼロになるように、車速及び受電電力が計画されるため、中速走行となり、電池残量も増加度も緩やかであり、目的地到着時間も短く、給電設備での給電コストも安くすることが可能となる。なお、下り坂等においては、電池残量はゼロにはなり難いから、電池残量がゼロとなるのは必須の条件ではない。

区間５〜６では、従来例及び最適計画ともにＥＶ走行するが、従来例は給電区間で過大に給電されたため到着時の電池残量が多くなっており、最適計画に比べて給電コストが上がる。

＜最適化問題＞
以上説明したような最適計画演算部６の最適計画は、目的地までの燃料消費量を目的関数として、車両情報取得部２、経路情報取得部３、及び走行中給電情報取得部５の出力を制約条件とする最適化問題を演算することで立案することができ、燃料消費量の最小化を達成できる。

すなわち、目的関数を出発地から目的地までの燃料消費量とすると、図２の例では、区間１から区間６までの、それぞれの区間での燃料消費量の総和で目的関数が規定されることとなる。ここで、走行エネルギーＰは下記の式（１）で定義される。

上記の式（１）において、
μ_rollは転がり抵抗係数、
ｍ_weightは車重（ｋｇ）、
ｇは重力加速度（ｍ／ｓ^２）、
θは道路勾配（ｒａｄ）、
ρは空気密度（ｋｇ／ｍ^３）、
Ｃ_Ｄは空気抵抗係数、
Ｃ_Ｓは前衛投影面積（ｍ^２）、
Ｖ_Ｓは車速（ｍ／ｓ）、である。

なお、転がり抵抗係数、車重、空気抵抗係数、及び前衛投影面積等の走行抵抗パラメータは、最適計画演算部６が内部のデータベースに保持していても良く、車両情報取得部２から車速の情報と共に取得するようにしても良い。また、道路勾配は経路情報取得部３から取得すれば良い。

制約条件としては、
・Ｐ＜モータ最大出力（ＥＶモード時）、
・Ｐ＜モータ最大出力＋エンジン最大出力（ＨＥＶモード時）、
・速度範囲下限＜Ｖｓ＜速度範囲上限、
・加速度範囲下限＜ｄＶｓ／ｄｔ＜加速度範囲上限、
・電池残量下限＜電池残量＜電池残量上限、
・エンジン回転数＝エンジン回転数特性（Ｐを変数とするマップから取得）、
・エンジントルク＝エンジントルク特性（Ｐを変数とするマップから取得）、
・燃料消費量＝エンジン燃料特性（回転数、トルクを変数とするマップから取得）
・給電電力＜給電電力上限
等を挙げることができる。

上記のような制約条件に基づき、目的関数である燃料消費量を最小化するような目標車速、走行モード、及び給電計画を計画することが、最適化問題を解くということになる。
最適化問題を解く手法（最適化手法）としては、動的計画法、２次計画法、及び遺伝的アルゴリズム等、目標車速と走行モードの組み合わせを設定できるものであればどのような手法を用いても良いが、以下に、一例として遺伝的アルゴリズムを用いる場合について説明する。

＜遺伝的アルゴリズムによる最適化手法＞
遺伝的アルゴリズムは、生物の進化をベースとした最適化手法であり、環境に適応した強い個体の遺伝子が次世代に生き残り、交叉や突然変異により子孫を残すことを繰り返しながら最適解に近付ける手法である。

以下、図３乃至図６を用いて遺伝的アルゴリズムを用いた最適化の手法を説明する。
図３は遺伝的アルゴリズムを用いた最適化の手法の処理の流れを示したフローチャートであり、図４〜図６は、遺伝的アルゴリズムを用いた最適化の手法を模式的に示した図であり、３つの図で１つの図を形成している。なお、図４〜図６では、簡単化のため、車速を固定し、６つの区間に対してモード（ＥＶ，ＨＥＶ）と給電電力（給電電力大、小、無し）を設定する場合を説明する。

まず、図３におけるステップＳ１で、初期集団を生成する。これは、各区間に対して設定するモードの組み合わせを、ランダムな組み合わせから選択するため、図４に示すように、個体Ａ１〜Ｄ１の４個体を初期集団として準備する。すなわち、個体Ａ１は、６つの区間に対して全てＥＶモードを設定し、給電区間の給電電力を小とする組み合わせである。個体Ｂ１は、２番目の区間と６番目の区間をＨＥＶモードとし、残りの区間を全てＥＶモード、給電区間の給電電力を大とする組み合わせである。また、個体Ｃ１は、１番目〜３番目の区間をＨＥＶモードとし、残りの区間を全てＥＶモード、給電区間の給電電力を小とする組み合わせである。個体Ｄ１は、３番目の区間から４番目の区間をＥＶモードとし、残りの区間をＨＥＶモード、給電区間の給電電力を大とする組み合わせである。このようにランダムに生成された個体Ａ１〜Ｄ１を第１世代と呼称する。

次に、図３におけるステップＳ２で、適応度評価を行う。これは、図４において、燃料消費量（ガソリン消費量）に対する制約条件を満たすかどうかをテーブルで表している。まず、個体Ａ１〜Ｄ１のそれぞれについて燃料消費量がいくらになるかを計算する。この例では、燃料消費量としてガソリン消費量が、個体Ａ１〜Ｄ１について、それぞれ、０ｇ，２０ｇ，３０ｇ，４０ｇとなる。

次に、制約条件を満たすかどうかの判断、すなわち選択ステップＳ３を実行する。
図４及び図５に示すように、個体Ａ１はＥＶモードのみであるので燃料消費量が最小（０ｇ）となるが、制約条件であるバッテリの充電残量が下限を下回るので、制約条件が不可（ＮＧ）となって淘汰される。その他の個体Ｂ１〜Ｄ１については制約条件を満たす（ＯＫ）が、燃料消費量が最大（４０ｇ）となっている個体Ｄは淘汰され、燃料消費量が少ない個体Ｂ１と個体Ｃ１のみが生き残ることになり、図３におけるステップＳ３の選択が終了する。

次に、図３におけるステップＳ４で、生き残った個体の組み替えを行うことで、交叉、突然変異が発生して、次世代の個体が生成される。すなわち、図５に示すように、生き残った個体Ｂ１と個体Ｃ１を、１番目〜３番目の区間の組と、４番目〜６番目の区間の組とに分割して組み替えることで第２世代の個体として、図６に示すように、個体Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、及びＤ２が生成される。

すなわち、図５に示す個体Ｂ１及び個体Ｃ１の４番目〜６番目の区間の組が互いに交叉する（入れ替わる）ことで、図６に示すように、個体Ａ２と個体Ｂ２が生成される。また、個体Ｃ２はエリート保存戦略として、第１世代で最もガソリンが少なく、制約条件を満たす個体Ｂ１をそのまま残す。個体Ｄ２は個体Ｃ１のうち、４番目の区間の給電電力が大に突然変異した組み合わせとなっている。

この結果、第２世代の個体Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、及びＤ２においては、個体Ａ２が最もＨＥＶが少なく燃料消費量が少ない好ましいものとなり、例えば、図２における本発明による「最適計画」として利用されることとなる。

このようにして生成された第２世代の個体に対しても、ステップＳ２の「適応度評価」、ステップＳ３の「選択」、ステップＳ４の「個体の組み替え」を所定の終了条件に達するまで繰り返し、ステップＳ５で終了条件に達したと判定された場合には、その時点で、最も燃料消費量が少ない個体を最適化された計画として立案すれば、より好ましい個体が得られることとなる。

ここで、所定の終了条件としては、例えば、ステップＳ２〜Ｓ４の処理の繰り返し回数に閾値を設定し、当該閾値の回数分繰り返した場合には終了としてもよく、目的関数の学習終了閾値を設定し、目的関数が当該閾値以下で終了するようにしてもよい．

なお、以上の説明においては、簡単化のため車速を固定し、モードと給電区間の給電電力のみを設定する場合を示したが、ＥＶモードでの加速、ＥＶモードでの等速、ＥＶモードでの減速、ＨＥＶモードでの加速、ＨＥＶモードでの等速、ＨＥＶモードでの減速など、車速の種類も加味することで、目標車速とモード、給電電力の最適計画を立案することができる。

また、給電モード（給電電力大、小）は給電区間のみ設定できるようにすることで、次世代に実現不可能な個体が生成できないようになり、最適化の演算回数を減らすことができる．

また、以上の説明では、目的関数として、目的地までの燃料消費量を用いたが、消費エネルギーや燃費、ＣＯ_２排出量、燃料代等どのような値を目的関数としても良い。また、燃料消費量だけでなく、目的地までの到着時間や給電区間での給電コスト等の項目に或る重み付けした値の和で目的関数を表してもよい。到着時間や給電コストも含めた指標で最適計画を立案することで、ドライバが重要視する項目を優先した計画を立てることができる。目的関数の重みはドライバ毎に設定できるようにしておいてもよい。

また、以上の説明では、遺伝的アルゴリズムを用いた最適化の手法を説明したが、動的計画法、又は２次計画法を用いて最適化しても良い。

動的計画法は、対象となる最適化問題を複数の部分問題に分割し、部分問題の解を列挙し、制約条件を満たしつつ、目的関数が最小となる組み合わせを見つける手法であり、エネルギーマネジメント装置に適用すると、或る区間に区切った部分問題を定義し、各区間で取り得る走行モード、車速の組み合わせを列挙する。そして、それらの組み合わせの中から、バッテリの充電残量や速度範囲などの制約条件を満たしつつ、燃料消費量が最も少ない解を探すこととなる。遺伝的アルゴリズムと違い、車速とモードの取り得る組み合わせをほぼ全て列挙するので、演算量は多くなる。

２次計画法は、目的関数、制約条件を全て２次式、１次式で定義し、数式に基づいて最適解を求める手法である。全ての数式が２次式以下のため、微分して０になるところで極大値や極小値をとるので、微分方程式を解くことで最適解が得られる。

図１に戻って、給電設備送信部１２は、路面給電設備４へ、車両情報、ユーザＩＤ、受電電力量、車速計画等の情報を送信する。車両情報、ユーザＩＤ、及び受電電力量を路面給電設備４へ送信することで、路面給電設備４においてコスト課金管理が可能となる。また、車速計画を送信することで、他の給電車両がいても計画通りの車速で通過できるようにレーン制御が可能となる。

＜装置動作＞
次に、図７に示すフローチャートを用いて、実施の形態１に係る車両用エネルギーマネジメント装置１の動作を説明する。

車両用エネルギーマネジメント装置１は、まず、車両情報取得部２によって、現在地や車速及びバッテリの充電状態等の車両情報を取得する（ステップＳ１０１）。

次に、経路情報取得部３が目的地までの走行ルート、勾配、及び道路種別等の経路情報を取得する（ステップＳ１０２）。

次に、走行中給電情報取得部５が路面給電設備４の情報を取得する（ステップＳ１０３）。

次に、最適計画演算部６が、最適計画演算が必要か否かを判断し（ステップＳ１０４）、最適計画演算が不要と判断された場合はステップＳ１０６に進む。ここで、最適計画演算は、目標車速と車両情報取得部２が取得した車速が或る閾値以上乖離した場合、走行経路が変更となった場合、又は電池残量や路面給電設備４の状況が変化した場合等には最適計画演算が必要と判断する。最適計画演算の要否を判断することで、最適計画演算の回数を削減し演算負荷を低減することができる。

ステップＳ１０４で最適計画演算が必要と判断された場合は、最適計画演算部６がパワートレインアクチュエータの駆動要否計画、目標車速計画、及び給電区間での受電計画を立案する（ステップＳ１０５）。

次に、車両制御指示部７が現在地での目標車速となるようにパワートレインアクチュエータの駆動要否計画に従ってモータ、エンジン、及びジェネレータ等のアクチュエータに制御指示を与える（ステップＳ１０６）。

次に、車両制御指示部７が現在地での受電電力となるように電力受信器１１に受電制御指示を与える（ステップＳ１０７）。

次に、路面給電設備４に車両情報を送信する（ステップＳ１０８）。

次に、車両が目的地に到着したか否かを確認し、車両が目的地に到着した場合はエネルギーマネジメントを終了し、到着していない場合はステップＳ１０１以下の処理を繰り返す（ステップＳ１０９）。

実施の形態２．
＜システム構成＞
図８に示す、本発明に係る実施の形態２の車両用エネルギーマネジメント装置１の構成は、図１に示した実施の形態１による車両用エネルギーマネジメント装置１に対して、先行車両の経路や走行速度計画等の先行車両情報を取得する先行車両情報取得部１３を備えている点が異なっている。

また、最適計画演算部６は、車両情報取得部２、経路情報取得部３、走行中給電情報取得部５、及び先行車両情報取得部１３の出力情報を用いて、目的地までの燃料消費量を最小にするような目標車速計画と、モータ、エンジン、及びジェネレータ等のパワートレインアクチュエータの駆動要否計画、及び給電区間での受電計画を立案するものとなっている。なお、車両情報取得部２、経路情報取得部３、走行中給電情報取得部５、車両制御指示部７、及び給電設備送信部１２は、実施の形態１の車両用エネルギーマネジメント装置１と同じものを用いることができるので、説明は省略する。

ここで、先行車両情報取得部１３は、先行車両情報を先行している車両との車間通信で取得しても良く、上述したＶＩＣＳ（登録商標）等のインフラサーバと通信して取得しても良い。

なお、先行車両の経路は、経路情報取得部３で取得した自車両の経路と比較して、経路が重なる区間のみを先行車両の経路としても良い。また、先行車両情報は、直前を走る車両の情報だけでも良く、自車両から所定の範囲内を走行する複数の先行車両の情報であっても良い。

＜最適計画＞
次に、最適計画演算部６で立案された目標車速計画、パワートレインアクチュエータの駆動要否計画、及び電力受信器１１の受電計画の一例を、従来例と対比した図９を用いて説明する。なお、従来例は、先行車両との車間距離を考慮していないので、図２と同様である。

図９では、先行車両が走行している場合に、先行車両との車間距離を考慮しつつ、目標車速計画、パワートレインアクチュエータの駆動要否計画、及び給電区間での受電計画をまとめて立案する本実施の形態２による最適計画を示しており、出発地から目的地までを６区間に区分し、それぞれの区間での車速、電池残量、エンジン効率、及び車間距離、並びに駆動要否計画を示している。なお、細い実線で従来例の先行車両を示し、太い実線で自車両の最適計画を示している。

図９において、区間１では、従来例は一般的な加速を行うが、最適計画では、先行車両との車間距離が近いことや、目的地までに給電区間４が存在することにより必要なエネルギーを考慮して、従来例より緩やかな加速を行う。

区間２では、従来例は定速走行を行うが、電池残量があるため、ＥＶ走行を継続する。これにより電池残量は最も低下する。最適計画では、加速時のエンジン効率が高い状態でＨＥＶモードを選択し、電池残量を増加させる。

区間３では、従来例は電池残量が区間２で低下したため、エンジン効率、すなわち燃費効率が悪い車速でＨＥＶモードを選択する。これに対し、最適計画では、エンジン効率が悪い区間でＥＶ走行を選択し、燃費を向上させている。

区間４は、給電設備４が存在する給電区間である。従来例は電池残量に基づいて走行車速や充電量が定められるため、低速走行となり、従って目的地到着に必要な電池残量よりも過大に給電される。これに対し、最適計画では、目的地である区間６の終点に至るまでに必要な電池残量及び車間距離に基づいて目標車速及び受電電力が計画されるため、先行車両に衝突することなく車速を制御し、給電設備での給電を最低限必要な量に制限することでコストも安くすることが可能となる。この例でも、最適計画では、目的地で電池残量がほぼゼロになるように計画を立てている。

区間５〜６では、従来例及び最適計画ともＥＶ走行するが、従来例は給電区間で過大に給電されたため到着時の電池残量が、最適計画より多くなっている。

このような目標速度、駆動要否計画、及び受電計画を立案することで、先行車両が走行していても燃料消費量を削減した走行を行うことができる。

最適計画演算部６は、目的地までの燃料消費量を最小にすることを目的関数としているが、目的関数である燃料消費量を演算するために必要な転がり抵抗係数、車重、空気抵抗係数、及び前衛投影面積等の走行抵抗パラメータは、最適計画演算部６が内部のデータベースに保持していても良く、車両情報取得部２から車速の情報と共に取得するようにしても良い。

また、最適化問題を解く手法としては、上記の実施の形態１と同様に、遺伝的アルゴリズム、動的計画法、又は２次計画法を用いることができ、目的関数として、目的地までの燃料消費量以外に、消費エネルギーや燃費、ＣＯ_２排出量、及び燃料代等どのような値を目的関数としても良い。

また、目的関数として、目的地までの燃料消費量を用いたが、消費エネルギーや燃費、ＣＯ_２排出量、燃料代等どのような値を目的関数としても良い。また、燃料消費量だけでなく、目的地までの到着時間や給電区間での給電コスト、車間距離等の項目を或る重み付けした和で目的関数を表してもよい。到着時間や給電コストも含めた指標で最適計画を立案することで、ドライバが重要視する項目を優先した計画を立てることができる。目的関数の重みはドライバ毎に設定できるようにしてもよい。

＜装置動作＞
次に、図１０に示すフローチャートを用いて、本実施の形態２に係る車両用エネルギーマネジメント装置１の動作について説明する。

車両用エネルギーマネジメント装置１は、まず、車両情報取得部２によって、現在地、車速、及びバッテリの充電状態等の車両情報を取得する（ステップＳ２０１）。

次に、経路情報取得部３が目的地までの走行ルート、勾配、及び道路種別等の経路情報を取得する（ステップＳ２０２）。

次に、走行中給電情報取得部５が路面給電設備４の情報を取得する（ステップＳ２０３）。

次に、先行車両情報取得部１３が先行車両の情報を取得する（ステップＳ２０４）。

次に、最適計画演算部６が、最適計画演算が必要か否かを判断し（ステップＳ２０５）、最適計画演算が不要と判断された場合はステップＳ２０７に進む。ここで、最適計画演算は、目標車速と、車両情報取得部２が取得した車速とが或る閾値以上乖離した場合、走行経路が変更となった場合、又は先行車両の経路や先行車両の走行速度計画が変更された場合等には最適計画演算が必要と判断する。最適計画演算の要否を判断することで、最適計画演算の回数を削減し演算負荷を低減することができる。

ステップＳ２０５で最適計画演算が必要と判断された場合は、最適計画演算部６がパワートレインアクチュエータの駆動要否計画、目標車速計画、及び給電区間での受電計画を立案する（ステップＳ２０６）。

次に、車両制御指示部７が現在地での目標車速となるようにパワートレインアクチュエータの駆動要否計画に従ってモータ、エンジン、及びジェネレータ等のアクチュエータに制御指示を与える（ステップＳ２０７）。

次に、車両制御指示部７が現在地での受電電力となるように電力受信器１１に受電制御指示を与える（ステップＳ２０８）。

次に、路面給電設備４に車両情報を送信する（ステップＳ２０９）。

次に、車両が目的地に到着したか否かを確認し、車両が目的地に到着した場合はエネルギーマネジメントを終了し、到着していない場合はステップＳ２０１以下の処理を繰り返す（ステップＳ２１０）。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 車両用エネルギーマネジメント装置、２ 車両情報取得部、３ 経路情報取得部、４ 路面給電設備、５ 走行中給電情報取得部、６ 最適計画演算部、７ 車両制御指示部、８ モータ、９ エンジン、１０ ジェネレータ、１１ 電力受信器、１２ 給電設備送信部、１３ 先行車両情報取得部。

Claims (8)

1. 走行中に路面からの給電が可能なハイブリッド車両に搭載され、前記車両のエネルギーをマネジメントする車両用エネルギーマネジメント装置であって、
   前記車両の車速及び電池残量の情報を含む車両情報を取得する車両情報取得部と、
   区間に分けた目的地までの経路情報を取得する経路情報取得部と、
   路面給電設備から、電力受信器を介して、給電区間及び給電電力の情報を含む走行中給電情報を取得する走行中給電情報取得部と、
   前記車両情報、前記経路情報、及び前記走行中給電情報に基づいて、前記目的地までの燃料消費量を最小にするように、前記目的地までの目標車速計画と、前記車両のパワートレインアクチュエータの駆動要否計画とを立てる最適計画演算部と、
   前記目標車速計画及び前記駆動要否計画に基づいて、前記パワートレインアクチュエータを制御する車両制御指示部とを備えた
   車両用エネルギーマネジメント装置。
2. 前記最適計画演算部は、
   前記目標車速計画及び前記駆動要否計画に加えて、前記電池残量がゼロになるように、前記電力受信器が路面から給電を受ける受電電力計画を立てる
   請求項１に記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
3. 前記電力受信器は、前記路面給電設備から電力の供給を受けるだけでなく、走行中に前記車両から路面へ電力を供給する電力送信機能を備え、
   前記最適計画演算部は、
   前記目標車速計画及び前記駆動要否計画に加えて、前記電力受信器が路面から給電を受ける受電電力及び前記路面へ電力を給電する放電電力計画を立てる
   請求項１に記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
4. 前記最適計画演算部は、
   前記目的地までの前記燃料消費量を目的関数として、前記車両情報、前記経路情報、及び前記走行中給電情報を制約条件とする最適化問題を解くことで前記目標車速計画、前記駆動要否計画、及び受電電力計画を立てる
   請求項２に記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
5. 前記最適計画演算部は、
   前記目的地までの前記燃料消費量を目的関数として、前記車両情報、前記経路情報、及び前記走行中給電情報を制約条件とする最適化問題を解くことで前記目標車速計画、前記駆動要否計画、及び放電電力計画を立てる
   請求項３に記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
6. 先行車両の経路及び走行速度計画を含む先行車両情報を取得する先行車両情報取得部をさらに有し、
   前記最適計画演算部は、
   前記車両情報、前記経路情報、及び前記走行中給電情報に加えて、前記先行車両情報に基づいて前記目標車速計画、前記駆動要否計画、及び受電電力計画を立てる
   請求項２又は４に記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
7. 先行車両の経路及び走行速度計画を含む先行車両情報を取得する先行車両情報取得部をさらに有し、
   前記最適計画演算部は、
   前記車両情報、前記経路情報、及び前記走行中給電情報に加えて、前記先行車両情報に基づいて前記目標車速計画、前記駆動要否計画、及び放電電力計画を立てる
   請求項３又は５に記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
8. 前記パワートレインアクチュエータが、モータ、エンジン、又はジェネレータである
   請求項１に記載の車両用エネルギーマネジメント装置。

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